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Tomato Growth Height Prediction Method by Phenotypic Feature Extraction Using Multi-modal Data
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作者 GONG Yu WANG Ling +3 位作者 ZHAO Rongqiang YOU Haibo ZHOU Mo LIU Jie 《智慧农业(中英文)》 2025年第1期97-110,共14页
[Objective]Accurate prediction of tomato growth height is crucial for optimizing production environments in smart farming.However,current prediction methods predominantly rely on empirical,mechanistic,or learning-base... [Objective]Accurate prediction of tomato growth height is crucial for optimizing production environments in smart farming.However,current prediction methods predominantly rely on empirical,mechanistic,or learning-based models that utilize either images data or environmental data.These methods fail to fully leverage multi-modal data to capture the diverse aspects of plant growth comprehensively.[Methods]To address this limitation,a two-stage phenotypic feature extraction(PFE)model based on deep learning algorithm of recurrent neural network(RNN)and long short-term memory(LSTM)was developed.The model integrated environment and plant information to provide a holistic understanding of the growth process,emploied phenotypic and temporal feature extractors to comprehensively capture both types of features,enabled a deeper understanding of the interaction between tomato plants and their environment,ultimately leading to highly accurate predictions of growth height.[Results and Discussions]The experimental results showed the model's ef‐fectiveness:When predicting the next two days based on the past five days,the PFE-based RNN and LSTM models achieved mean absolute percentage error(MAPE)of 0.81%and 0.40%,respectively,which were significantly lower than the 8.00%MAPE of the large language model(LLM)and 6.72%MAPE of the Transformer-based model.In longer-term predictions,the 10-day prediction for 4 days ahead and the 30-day prediction for 12 days ahead,the PFE-RNN model continued to outperform the other two baseline models,with MAPE of 2.66%and 14.05%,respectively.[Conclusions]The proposed method,which leverages phenotypic-temporal collaboration,shows great potential for intelligent,data-driven management of tomato cultivation,making it a promising approach for enhancing the efficiency and precision of smart tomato planting management. 展开更多
关键词 tomato growth prediction deep learning phenotypic feature extraction multi-modal data recurrent neural net‐work long short-term memory large language model
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基于优化的EMD-LSTM的土石坝沉降预测模型研究
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作者 李宗淇 姚成林 赵文波 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第S1期272-281,共10页
针对土石坝沉降预测模型中回归模型易受多重共线性影响,神经网络模型存在过拟合、局部极值陷阱以及超参数难以确定等问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和长短期记忆神经网络(LSTM)的优化模型。首先,通过EMD对全球导航卫星系统(GNSS... 针对土石坝沉降预测模型中回归模型易受多重共线性影响,神经网络模型存在过拟合、局部极值陷阱以及超参数难以确定等问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和长短期记忆神经网络(LSTM)的优化模型。首先,通过EMD对全球导航卫星系统(GNSS)测点的时间序列数据进行多尺度分解,提取趋势和周期成分。然后,利用主成分分析(PCA)筛选关键影响因子,减少数据维度,提高模型的泛化能力。最后,采用LSTM构建时间序列模型,并通过鲸鱼优化算法(WOA)优化LSTM的超参数,以提升模型的预测精度和收敛速度。实验结果表明,该模型在土石坝沉降预测中具有显著的优势,均方误差(MSE)为7.070 1,平均绝对误差(MAE)为1.885 9,拟合优度(R2)为99.83%。与传统方法相比,该模型在降噪、特征捕捉和超参数优化等方面均有明显提升,可为土石坝沉降提供可靠的预测方案。 展开更多
关键词 土石坝 沉降预测 模型 经验模态分解(EMD) 长短期记忆神经网络(lstm)
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基于LSTM-GRU-Attention模型的管道直饮水月供水量预测
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作者 刘颖 刘治学 +5 位作者 郭广丰 刘保卫 杜帅帅 王鹏渊 张新田 赵继然 《水资源与水工程学报》 北大核心 2025年第3期116-124,共9页
管道直饮水月供水量的预测受到多种因素的影响,如气温变化、节假日效应以及用户数量变动等,这些因素共同作用导致供水量序列呈现出复杂性、非线性和非平稳性的特点。为了提高预测模型的准确度并优化其网络结构,提出了一种结合长短期记忆... 管道直饮水月供水量的预测受到多种因素的影响,如气温变化、节假日效应以及用户数量变动等,这些因素共同作用导致供水量序列呈现出复杂性、非线性和非平稳性的特点。为了提高预测模型的准确度并优化其网络结构,提出了一种结合长短期记忆(LSTM)、门控循环单元(GRU)与注意力机制(Attention)的LSTM-GRU-Attention预测模型。该模型通过贝叶斯优化算法确定最优超参数,并将外部因素如气温等与历史月供水量数据一起作为输入时间序列,借助Attention机制,模型能够对输入序列中的不同时间步进行加权处理,从而更准确地捕捉供水量的波峰和波谷值。结果表明:与单独使用LSTM、GRU及LSTM-GRU模型相比,LSTM-GRU-Attention模型在预测精度上有显著提升,平均绝对百分比误差(MAPE)达到了6.89%,较其他3种模型分别降低了7.74%、6.29%和5.23%,同时收敛速度更快。LSTM-GRU-Attention模型在高效预测管道直饮水月供水量方面展现了显著的效果,有助于直饮水企业合理安排生产计划、降低运营成本及提升管理水平,显示出较高的应用价值。 展开更多
关键词 管道直饮水 月供水量预测 长短期记忆网络 门控循环单元 lstm-GRU-Attention模型
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CEEMDAN改进的CNN-LSTM短期电离层TEC预测模型
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作者 焦迎香 李克昭 岳哲 《导航定位学报》 北大核心 2025年第3期107-115,共9页
针对电离层总电子含量(TEC)值的时序变化通常呈现非线性和随机性的问题,提出一种结合完全集合经验模态分解(CEEMDAN)和基于卷积神经网络和长短时记忆网络的时空网络(CNN-LSTM)神经网络的TEC预测模型:采用分解、预测和重构的方法,结合CEE... 针对电离层总电子含量(TEC)值的时序变化通常呈现非线性和随机性的问题,提出一种结合完全集合经验模态分解(CEEMDAN)和基于卷积神经网络和长短时记忆网络的时空网络(CNN-LSTM)神经网络的TEC预测模型:采用分解、预测和重构的方法,结合CEEMDAN在时间序列分解上和CNN-LSTM在预测精度上的优势,对电离层TEC值进行短期预测;然后利用国际全球卫星导航系统服务组织(IGS)中心发布的2019和2023年4个季节,以及分布在中高低纬度的6个格网点的TEC格网数据进行实验分析。实验结果表明,CEEMDAN-CNN-LSTM组合模型的预测结果能很好地反映电离层TEC的时间变化特性,在2019年太阳活动低年和2023年太阳活动高年的预测精度均方根误差(RMSE)相较于长短时记忆(LSTM)网络模型可分别平均提升2.62总电子含量单位(TECU)和10.44TECU,相较于CNN-LSTM模型可提升1.85TECU和7.23TECU。 展开更多
关键词 电离层总电子含量(TEC) 长短期记忆(lstm)神经网络 卷积神经网络(CNN) 完全集合经验模态分解(CEEMDAN) 预测模型
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基于LSTM下新能源拖拉机电池健康状态预测研究
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作者 沈晨普 李辉 刘进福 《农机使用与维修》 2025年第9期1-8,共8页
新能源拖拉机动力电池健康状态直接影响作业效率和使用寿命,准确预测电池SOH对于提高电池管理系统性能、优化电池维护策略以及保障农业生产稳定性具有重要意义。本文基于灰色关联度分析对提取的特征和电池容量退化之间的相关性进行分析... 新能源拖拉机动力电池健康状态直接影响作业效率和使用寿命,准确预测电池SOH对于提高电池管理系统性能、优化电池维护策略以及保障农业生产稳定性具有重要意义。本文基于灰色关联度分析对提取的特征和电池容量退化之间的相关性进行分析并排序,筛选出充电温度最大的时间和放电温度最大值等8个相关性较高的特征,然后构建长短时记忆网络预测模型,利用数据预处理技术优化数据质量,并基于LSTM深度学习模型进行SOH预测。试验结果表明,该方法相比传统的支持向量回归和随机森林方法,具有更高的预测精度和泛化能力。本研究为新能源农业装备的电池健康管理提供了一种高效、智能的预测手段,旨在进一步提升农业生产的智能化水平和能源利用效率。 展开更多
关键词 新能源拖拉机 电池健康状态 长短时记忆网络 预测模型 农业智能化
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Prophet-LSTM组合模型在运输航空征候预测中的应用 被引量:3
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作者 杜红兵 邢梦柯 赵德超 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1878-1885,共8页
为准确预测中国运输航空征候万时率,提出了一种将时间序列模型和神经网络模型组合的预测方法。首先,利用2008年1月—2020年12月的运输航空征候万时率数据建立Prophet模型,使用RStudio软件进行模型拟合,获取运输航空征候万时率的线性部分... 为准确预测中国运输航空征候万时率,提出了一种将时间序列模型和神经网络模型组合的预测方法。首先,利用2008年1月—2020年12月的运输航空征候万时率数据建立Prophet模型,使用RStudio软件进行模型拟合,获取运输航空征候万时率的线性部分;其次,利用长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)建模,获取运输航空征候万时率的非线性部分;最后,利用方差倒数法建立Prophet-LSTM组合模型,使用建立的组合模型对2021年1—12月运输航空征候万时率进行预测,将预测结果与实际值进行对比验证。结果表明,Prophet-LSTM组合模型的EMA、EMAP、ERMS分别为0.0973、16.1285%、0.1287。相较于已有的自回归移动平均(Auto Regression Integrated Moving Average,ARIMA)+反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)组合模型和GM(1,1)+ARIMA+LSTM组合模型,Prophet-LSTM组合模型的EMA、EMAP、ERMS分别减小了0.0259、10.4874百分点、0.0143和0.0128、2.0599百分点、0.0086,验证了Prophet-LSTM组合模型的预测精度更高,性能更优良。 展开更多
关键词 安全社会工程 运输航空征候 Prophet模型 长短期记忆网络(lstm)模型 组合预测模型
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基于GMM-KNN-LSTM的烧结矿化学指标预测 被引量:1
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作者 閤光磊 吴朝霞 +1 位作者 刘梦园 姜玉山 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期314-322,共9页
针对烧结矿化学指标检测频率低导致无标签样本无法被机器学习利用的问题,提出了一种充分利用样本中有用信息的烧结矿化学指标预测模型.首先,结合高斯混合模型(GMM)和K-近邻(KNN)算法,将无标签样本转化为有标签样本,然后与长短期记忆(LS... 针对烧结矿化学指标检测频率低导致无标签样本无法被机器学习利用的问题,提出了一种充分利用样本中有用信息的烧结矿化学指标预测模型.首先,结合高斯混合模型(GMM)和K-近邻(KNN)算法,将无标签样本转化为有标签样本,然后与长短期记忆(LSTM)单元相结合,用于预测烧结矿的总铁质量分数、FeO质量分数和碱度3个化学指标.通过与反向传播神经网络(BPNN)、循环神经网络(RNN)和LSTM三种模型对比,结果表明所建模型具有较低的预测误差.总铁质量分数和FeO质量分数的预测命中率在允许误差±0.5%内时分别达到98.73%和95.33%,碱度的预测命中率在允许误差±0.05内为98.13%,展现了较高的预测精度. 展开更多
关键词 烧结矿化学指标 预测模型 无标签样本处理算法 lstm 数据预处理
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基于LSTM的航线飞行员操纵平稳性预测模型 被引量:1
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作者 王文超 何健 +1 位作者 宋佰胜 汪磊 《中国安全科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期48-55,共8页
为实时预测飞行员不安全事件,使用长短期记忆神经网络(LSTM)评价飞行员操纵平稳性,并通过优化指标改进飞行员的操纵品质。首先,通过筛选飞行员在执飞中的平稳性操纵快速存取记录仪(QAR)数据,建立描述飞行员操纵行为特征的人机操纵因素集... 为实时预测飞行员不安全事件,使用长短期记忆神经网络(LSTM)评价飞行员操纵平稳性,并通过优化指标改进飞行员的操纵品质。首先,通过筛选飞行员在执飞中的平稳性操纵快速存取记录仪(QAR)数据,建立描述飞行员操纵行为特征的人机操纵因素集;其次,靶向分析影响飞机平稳操纵的因子,采用灰色关联度分析方法,从与飞机平稳性紧密相关的37个监测参数中定位关联风险的15个特征度量参数;然后,利用LSTM建立模型训练和测试所得数据预测飞行员的操纵平稳性,并制定指标评判标准评价安全平稳性品质;最后,通过机器学习(ML)对相关的影响因子进行重要度排序以改进模型效度。研究结果表明:时间序列模型可以有效剔除原始参数中与预测结果相关性小以及无相关的参数干扰;通过平稳性模型预测风险的精度较高,可为飞行员提供3~4 s的时间裕度采取预控措施,减少飞行过程中的不安全事件发生。 展开更多
关键词 长短期记忆(lstm) 飞行员 操纵平稳性 预测模型 快速存取记录仪(QAR) 机器学习(ML)
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基于机器学习的酸性气藏地下储气库硫化氢含量预测方法 被引量:1
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作者 冯国庆 杜勤锟 +3 位作者 周道勇 蔡家兰 程希 莫海帅 《天然气工业》 北大核心 2025年第2期159-169,共11页
地下储气库(以下简称储气库)中含有硫化氢等有害气体,不仅影响储气库的安全运行,还直接对环境造成严重污染,准确预测储气库采出气组分中H2S的含量具有重要意义。目前,常采用油藏数值模拟的组分模型来预测H2S含量,但其计算过程复杂且耗... 地下储气库(以下简称储气库)中含有硫化氢等有害气体,不仅影响储气库的安全运行,还直接对环境造成严重污染,准确预测储气库采出气组分中H2S的含量具有重要意义。目前,常采用油藏数值模拟的组分模型来预测H2S含量,但其计算过程复杂且耗时较长,不能方便快捷地用于储气库单井H2S的含量预测。为此,以HCX储气库为研究对象,在建立储气库的机理模型并开展数值模拟的基础上,以机理模型计算的储气库多周期H2S预测结果为样本集,应用多输出支持向量回归(MSVR)、长短期记忆网络(LSTM)、人工神经网络(ANN)3种机器学习算法建立了硫化氢含量的智能代理模型,并对3种模型预测精度进行对比分析。研究结果表明:①长短期记忆网络模型具有适中的训练时间、较好的预测精度,可将该模型作为HCX储气库的H2S预测智能代理模型;②进一步对LSTM模型的训练数据和过渡拟合问题进行优化,确定最佳训练数集1500组,最佳丢弃率为0.2,隐含层设置范围可控制在层数1~2层,节点数30~60个;③经HCX储气库的实例应用表明,建立的LSTM智能代理模型能够准确预测储气库采出气中H2S的含量。结论认为,经过优化的LSTM算法智能代理模型具有较好的外推性,该研究成果可为含H2S储气库的建设和安全高效运行提供技术支持。 展开更多
关键词 含硫储气库 数值模拟 组分模拟 硫化氢含量预测 机器学习 长短期记忆网络模型 机器学习模型优化
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基于Vague软集的海上风电功率区间预测 被引量:1
10
作者 田书欣 朱峰 +2 位作者 杨喜军 符杨 苏向敬 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第4期1465-1476,I0019,共13页
海上风电输出功率的精准预测是保障海上风电并网系统调度运行的基础。针对海上风电海洋环境高度复杂、随机时空强烈耦合的特征,提出一种基于Vague软集的海上风电输出功率的新型区间预测方法。首先,引入Vague软集概念,提出融合Vague集真... 海上风电输出功率的精准预测是保障海上风电并网系统调度运行的基础。针对海上风电海洋环境高度复杂、随机时空强烈耦合的特征,提出一种基于Vague软集的海上风电输出功率的新型区间预测方法。首先,引入Vague软集概念,提出融合Vague集真隶属度和伪隶属度函数的交错式海上风电功率区间划分方法,实现风电功率数据Vague软区间化。其次,建立基于Vague-卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)-长短期记忆神经网络(long short-term memory neural network,LSTM)的海上风电功率组合预测模型。通过类Vague软区间转换方法将双隶属度区间概率向量转化为海上风电功率复杂不确定信息下的区间预测结果。然后,从预测准确性、清晰性和兼顾性角度建立预测区间覆盖精度、预测区间宽度和预测综合水平等Vague软区间预测评估指标。最后,以我国东部某海上风电机组实际数据为算例进行验证。结果表明,所提预测模型预测结果可以兼顾预测区间的覆盖精度和清晰度,能够为海上风电不同工况下运行需求提供支撑。 展开更多
关键词 海上风电 Vague-卷积神经网络(CNN)-长短期记忆神经网络(lstm)模型 Vague软集 软区间转换 区间预测
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基于LSTM循环神经网络的故障时间序列预测 被引量:394
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作者 王鑫 吴际 +3 位作者 刘超 杨海燕 杜艳丽 牛文生 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期772-784,共13页
有效地预测使用阶段的故障数据对于合理制定可靠性计划以及开展可靠性维护活动等具有重要的指导意义。从复杂系统的历史故障数据出发,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)循环神经网络的故障时间序列预测方法,包括网络结构设计、网络训练和... 有效地预测使用阶段的故障数据对于合理制定可靠性计划以及开展可靠性维护活动等具有重要的指导意义。从复杂系统的历史故障数据出发,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)循环神经网络的故障时间序列预测方法,包括网络结构设计、网络训练和预测过程实现算法等,进一步以预测误差最小为目标,提出了一种基于多层网格搜索的LSTM预测模型参数优选算法,通过与多种典型时间序列预测模型的实验对比,验证了所提出的LSTM预测模型及其参数优选算法在故障时间序列分析中具有很强的适用性和更高的准确性。 展开更多
关键词 长短期记忆(lstm)模型 循环神经网络 故障时间序列预测 多层网格搜索 深度学习
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基于灰色模型与LSTM网络的旋转机械轴承寿命预测 被引量:12
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作者 舒涛 张一弛 丁日显 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2355-2361,共7页
大型机械设备中旋转机械占到总量的80%,为及时掌握其工作状态,开展如何旋转机械轴承的寿命预测精度的仿真研究。首先,通过可靠性数值(confidential value,CV)量化评估工作状态;然后,利用数据变换和累加积分的方法优化数据平滑性与背景... 大型机械设备中旋转机械占到总量的80%,为及时掌握其工作状态,开展如何旋转机械轴承的寿命预测精度的仿真研究。首先,通过可靠性数值(confidential value,CV)量化评估工作状态;然后,利用数据变换和累加积分的方法优化数据平滑性与背景值来改进灰色模型;并与长短时记忆网络结合为新预测模型来预测系统工作状态;最后,将平均绝对百分比误差等3种性能指标与单一模型对比,将预测失效时刻与全卷积层神经网络算法和无迹粒子滤波算法对比。结果表明,组合模型预测退化趋势3种指标的平均值优于3种单一模型;组合模型预测的失效时刻相比于另外两种改进算法更准确。 展开更多
关键词 旋转机械 轴承 寿命预测 预测精度 灰色模型 长短时记忆网络
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养殖水体溶解氧含量预测研究 被引量:1
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作者 徐慧 邓浩然 +2 位作者 王忠培 周乐乐 钱蓉 《浙江农业科学》 2025年第1期176-180,共5页
溶解氧作为水产养殖中较为关键的水质因子,与水产品的产量和质量息息相关,精准预测溶解氧含量及变化,对于保证水产养殖的安全具有较大的意义。该研究首先对采集的养殖水体的溶解氧数据进行预处理,再结合长短时记忆网络(LSTM)算法构建养... 溶解氧作为水产养殖中较为关键的水质因子,与水产品的产量和质量息息相关,精准预测溶解氧含量及变化,对于保证水产养殖的安全具有较大的意义。该研究首先对采集的养殖水体的溶解氧数据进行预处理,再结合长短时记忆网络(LSTM)算法构建养殖水体溶解氧含量的预测模型来预测未来不同时刻的溶解氧浓度数据,通过不同的预测精度指标,来验证养殖水体溶解氧含量预测模型的预测精度,以期为后续养殖水体溶解氧含量预测的相关研究提供参考。 展开更多
关键词 养殖水体 溶解氧含量 长短时记忆网络 预测模型
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基于ELM-EMD-LSTM组合模型的船舶运动姿态预测 被引量:17
14
作者 张彪 彭秀艳 高杰 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期1413-1421,共9页
在随机变动的海洋环境中,采用单一预测模型对船舶运动进行预报,预报值有时出现大的随机波动,预测误差超出安全限,对船舶运动控制和决策带来严重后果。本文提出了基于极限学习机(ELM)、经验模态分解(EMD)和长短期记忆(LSTM)神经网络的组... 在随机变动的海洋环境中,采用单一预测模型对船舶运动进行预报,预报值有时出现大的随机波动,预测误差超出安全限,对船舶运动控制和决策带来严重后果。本文提出了基于极限学习机(ELM)、经验模态分解(EMD)和长短期记忆(LSTM)神经网络的组合预测模型,对船舶运动姿态进行预测。首先,通过ELM模型预测方法进行船舶运动姿态的初始预测,然后采用EMD算法分解初始预测残差得到有限个本征模函数(IMF),并利用LSTM模型学习各IMF分量的短期时序规律进行预测,将各IMF分量的预测值相加得到残差预测值;最后将初始预测值与残差预测值组合得到最终的预测结果。仿真结果表明:与单一的LSTM模型和ELM-LSTM模型相比,该组合预测模型的平均绝对误差及均方根误差均为最小,预测精度更高,是一种更为有效的船舶运动姿态预测方法。 展开更多
关键词 组合模型 极限学习机 经验模态分解 船舶运动姿态预测 长短期记忆神经网络
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基于LSTM网络的海水石油污染含量遥感预测模型 被引量:6
15
作者 黄妙芬 王江颖 +2 位作者 邢旭峰 王忠林 周运 《广东海洋大学学报》 CAS 北大核心 2021年第5期67-73,共7页
【目的】建立一种基于美国陆地卫星Landsat遥感数据和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的海洋石油污染含量预测模型。【方法】利用1984-2020年在大连新港海域过境的Landsat卫星所采集的可见光-近红外波段(0.45~0.90μm)光... 【目的】建立一种基于美国陆地卫星Landsat遥感数据和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的海洋石油污染含量预测模型。【方法】利用1984-2020年在大连新港海域过境的Landsat卫星所采集的可见光-近红外波段(0.45~0.90μm)光谱数据,基于LSTM网络,分别建立空间分辨率为30 m、时间分辨率为8 d的4波段遥感反射比Rrs预测模型,并对预测模型所涉及的神经网络层数、隐藏神经元节点数和回溯时间步长等超参数进行优化;在4波段Rrs预测值的基础上,结合基于水体石油污染归一化遥感反射比指数(normalized difference petroleum remote sensing reflectance index,NDPRI)的石油含量遥感反演模型,对海域石油污染含量Co值进行预测。【结果】对于蓝光、绿光、红光和近红外4个波段,神经网络层数依次取3、3、4和3层,隐藏神经元节点取64、96、64和96个,回溯时间步长皆取6 d为最优;根据2021年1-5月现场的Co测量值,对LSTM网络预测值进行精度分析,平均相对误差为9.17%。【结论】基于LSTM网络建立的Co预测模型具有较好的精度,所预测的结果可弥补在有云情况Co数据缺失的问题,也可为相关Co未来动态演变研究提供一种新技术手段。 展开更多
关键词 陆地卫星Landsat 长短期记忆网络(lstm) 遥感反射比 石油污染含量 预测模型
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基于小波优化LSTM-ARMA模型的岩土工程非线性时间序列预测 被引量:22
16
作者 钱建固 吴安海 +2 位作者 季军 成龙 徐巍 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1107-1115,共9页
为了更精确地预测岩土工程应力、变形等的非线性时间序列,提出了基于小波优化的长短时记忆神经网络-自回归滑动平均模型(LSTM-ARMA)预测模型。首先使用小波分析将监测序列分解成趋势项和噪声项,采用LSTM网络滚动预测趋势项、ARMA模型预... 为了更精确地预测岩土工程应力、变形等的非线性时间序列,提出了基于小波优化的长短时记忆神经网络-自回归滑动平均模型(LSTM-ARMA)预测模型。首先使用小波分析将监测序列分解成趋势项和噪声项,采用LSTM网络滚动预测趋势项、ARMA模型预测噪声项,并将趋势项预测值与噪声项预测值之和作为总的时间序列预测值。在此基础上,以上海云岭超深基坑工程为案例进行了基坑地表沉降分析,结果表明组合模型的预测精度要高于单一LSTM模型且更加稳定;进一步采用弹塑性有限元对基坑开挖诱发的地表沉降进行了预测,并与人工智能预测结果进行对比,验证了人工智预测模型的合理性。分析表明,当后续工况与前置工况所诱发的变形机理突变时,人工智能预测误差增大,但伴随后续工况的推进,人工智能预测误差将逐渐减小。 展开更多
关键词 岩土工程 非线性时间序列预测 小波分析 长短时记忆神经网络(lstm) 自回归滑动平均模型(ARMA)
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考虑不确定性量化的质子交换膜燃料电池剩余使用寿命混合预测
17
作者 余晓然 谢长君 +2 位作者 杨扬 朱文超 郭冰新 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第17期6804-6816,I0016,共14页
老化模型是评估质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)健康状态(state of health,SoH)和剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)的关键,然而,其因诸多原因导致的不确定性降低了模型精度和可信度。因此,提出... 老化模型是评估质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)健康状态(state of health,SoH)和剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)的关键,然而,其因诸多原因导致的不确定性降低了模型精度和可信度。因此,提出一种模型不确定度和SoH同时量化(model uncertainty and SoH simultaneous quantification,MUSQ)算法,用于指导和修正卷积神经网络-长短期记忆(convolutional neural networks-long short-term memory,CNN-LSTM)神经网络混合模型的长期预测,构建全新的RUL混合预测框架。采用动态负载循环耐久性实验数据,将该混合预测方法与扩展卡尔曼滤波算法、自适应扩展卡尔曼滤波算法、MUSQ算法、LSTM神经网络、CNN-LSTM混合模型等进行对比,该方法具有最优的长期预测性能和RUL估计精度。在负载电流为14.85 A的工况下,该方法累计误差分别降低49.64%、61.33%、30.65%、57.00%和52.90%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 模型不确定性 卷积神经网络-长短期记忆(CNN-lstm)神经网络混合模型 剩余使用寿命 混合预测
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InSAR监测数据的地表沉陷深度学习预测模型研究
18
作者 李刚 支梦辉 +3 位作者 李斌 杨帆 彭志伟 李东亮 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第S1期107-113,共7页
为研究地下采矿引发的地面沉降预测问题,以山西省晋城市阳城县为背景开展地表沉降监测与预测方法研究。首先,获取2018年1月至2020年12月期间的Sentinel-1 SAR影像(81景),结合数字高程模型(DEM)、大气校正在线服务(GACOS)及精密轨道数据... 为研究地下采矿引发的地面沉降预测问题,以山西省晋城市阳城县为背景开展地表沉降监测与预测方法研究。首先,获取2018年1月至2020年12月期间的Sentinel-1 SAR影像(81景),结合数字高程模型(DEM)、大气校正在线服务(GACOS)及精密轨道数据,采用小基线集干涉合成孔径雷达(SBAS-InSAR)技术精细化监测区域地表形变情况,揭示其时序演化与空间分布特征(最大沉降速率达27.84 mm/a);然后,构建基于变分模态分解(VMD)与反向传播(BP)神经网络相结合的混合预测模型(VMD-BP);最后,将该模型预测性能与传统长短期记忆网络(LSTM)模型及变分模态分解与长短期记忆网络(VMD-LSTM)模型进行对比分析。结果表明:VMD-BP模型显著提升了预测精度,在测试点位(点位a)的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别低至0.27801 mm、0.23429 mm和0.39%,远优于LSTM及VMD-LSTM模型。 展开更多
关键词 地面沉降 形变预测 小基线集干涉合成孔径雷达(SBAS-InSAR)技术 长短期记忆网络(lstm)模型 变分模态分解-长短期记忆网络(VMD-BP)模型
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融合空间特征的孔间电阻率时序预测模型及应用
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作者 王江宏 刘硕 +2 位作者 王刚 薛悟强 李博凡 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期216-225,共10页
【背景】矿井电阻率法是煤矿水害监测的核心技术,然而传统方法受限于测点稀疏与空间分辨率不足,难以捕捉复杂地质条件下的动态电阻率变化。【目的和方法】针对这一难题,提出一种融合时空特征的深度学习预测模型,构建了基于长短期记忆网... 【背景】矿井电阻率法是煤矿水害监测的核心技术,然而传统方法受限于测点稀疏与空间分辨率不足,难以捕捉复杂地质条件下的动态电阻率变化。【目的和方法】针对这一难题,提出一种融合时空特征的深度学习预测模型,构建了基于长短期记忆网络(LSTM)的孔间电阻率预测框架,通过皮尔森相关性分析筛选关键空间测点,实现对未知区域电阻率的高精度预测。首先通过空间相关性热力图量化测点间电性关联,确定最优邻近点数量为5个,有效降低数据冗余并提升模型泛化能力。模型架构结合LSTM门控机制捕捉电阻率时序依赖,同时融合多测点空间信息,解决了传统模型对长序列梯度消失的敏感性问题。以鄂尔多斯唐家会煤矿61304工作面为工程背景,基于底板定向孔监测数据,对比分析LSTM与传统循环神经网络(RNN)的预测性能。【结果和结论】LSTM模型在平均绝对误差(E_(MA)=0.0582)、均方误差(E_(MS)=0.0052)和决定系数(R^(2)=0.9377)等指标上优于RNN,且在10%噪声干扰下R2仅下降0.02,验证了其鲁棒性。将LSTM模型应用于注浆过程早期、中期与后期的动态监测,通过对实测稀疏数据进行预测补全,获得了高密度的时空电阻率数据集。基于此高密度数据的反演成像结果证实,该方法能有效恢复低密度监测下被忽略的地质结构连续性,并成功识别出在低密度反演结果中无法显现的弱异常区域。本方法能够有效弥补传统监测的空间分辨率不足,为复杂地质条件下的水害动态监测与精准预警提供一种技术途径。 展开更多
关键词 矿井电阻率法 时空建模 lstm 深度学习 水害监测
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多模型融合的无人机异常航迹校正方法
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作者 王威 佘丁辰 +2 位作者 王加琪 韩戴如 晋本周 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第5期1332-1344,共13页
低空空域的开放和无人机的大规模应用使得低空飞行活动日益增多,航迹规划是确保无人机在复杂低空环境下有序飞行的关键。然而由于无线遥控链路中存在的干扰、欺骗等各种攻击,导致无人机偏离规划的航迹,给低空安全带来严峻挑战。为减小... 低空空域的开放和无人机的大规模应用使得低空飞行活动日益增多,航迹规划是确保无人机在复杂低空环境下有序飞行的关键。然而由于无线遥控链路中存在的干扰、欺骗等各种攻击,导致无人机偏离规划的航迹,给低空安全带来严峻挑战。为减小位置欺骗攻击引起的航迹异常,该文提出一种多模型融合的无人机异常航迹校正方法,通过预测无人机的位置参数进行航迹校正。为了降低长期预测误差对无人机航迹校正的影响,提出融合长短期记忆网络(LSTM)和Transformer的长短期记忆网络-Transformer(LSTM-Transformer)预测模型,并在此基础上提出了分块注意力优化策略,以降低Transformer子模型的计算复杂度,提高无人机异常航迹的校正效率。基于公开数据集,通过与基准方法比较和消融实验,证明了所提方法相比其它方法能够降低无人机异常航迹的校正误差,实现对无人机异常航迹的校正。 展开更多
关键词 无人机 航迹校正 多模型融合 长短期记忆网络-transformer预测模型 分块注意力优化策略
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